电梯平衡补偿装置设置的影响因素分析

肖长青 王 璇(天津市特种设备监督检验技术研究院 天津 300192）

电梯平衡补偿装置设置的影响因素分析

肖长青 王 璇
(天津市特种设备监督检验技术研究院 天津 300192）

随着社会的发展，高层建筑日益增多，电梯已经成为了一种必不可少的高效运输交通工具，其中曳引式电梯应用更加广泛。现场检验时发现，低速电梯的平衡补偿装置设置情况各式各样，检规及相关标准对其设置没有明确规范，其合理性的判断一直困扰着检验人员。平衡补偿装置不仅对电梯的安全运行有着重大的意义，而且还影响电梯的节能性能及舒适感。本文通过对曳引能力、能耗及电梯乘坐舒适感等方面分析，确定影响平衡补偿装置设置的因素，供检验人员参考。

电梯 补偿装置 曳引力 节能 舒适感

为了提高电梯的曳引性能，减小电梯运行中曳引轮两边的载荷差，电梯宜采用补偿装置。如果轿厢的平衡补偿装置安装不合理，会造成轿厢受到一个不平衡力，从而产生振动[1]；平衡补偿装置过长，造成电梯运行过程中，补偿装置拖地摩擦及摆动过程中碰撞对重护栏引发噪声[2]；提升高度较高的电梯，如果不安装平衡补偿装置，会影响电梯的曳引能力，甚至会影响电梯的安全运行[3]。在检验过程中发现，对于低速电梯，有的3层3站的电梯有补偿装置，有的11层11站的电梯没有补偿装置，有的相同条件的电梯设置补偿装置的情况也不一样，《电梯监督检验和定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》及相关标准仅对补偿装置有具体要求，对设置补偿装置的情况却没有明确的规范，所以补偿装置设置的合理性一直困扰着检验人员。因此，确定平衡补偿装置设置的影响因素，对检验人员判断其合理性有着重要意义。

1　平衡补偿装置的本质

从理论的角度来说，电梯平衡补偿装置是被广泛地应用于电梯的一个部件，是用来平衡电梯正常运行过程中曳引轮两侧的钢丝绳重量不均衡变化的措施。当轿厢位于最低层站时，曳引钢丝绳的大部分重量会作用于轿厢侧，使轿厢侧的重量变大；相反，当轿厢位于最高层站时，曳引钢丝绳的大部分重量作用于对重侧，使对重侧的重量变大。这种重量的变化在电梯提升高度较小时，对电梯的运行性能影响微乎其微，但提升高度超过一定值时，也就是说曳引轮两侧重量不均衡变化超过一定量时，会严重影响电梯安全运行的稳定性，甚至危及乘客的安全。因此，当电梯的提升高度超过一定值时，必须要用加装平衡补偿装置。平衡补偿装置如图1所示。

图1　平衡补偿装置

2　电梯平衡补偿装置设置对曳引能力的影响

设置电梯平衡补偿装置时应优先考虑电梯的安全性能，而不是电梯成本。曳引条件是电梯运行安全性能的重要指标之一，所以，设置平衡补偿装置应当依据每台电梯的曳引条件来决定，而不能简单的以一定高度作为设置平衡补偿装置的临界情况。即电梯在轿厢装载工况、紧急制动情况和轿厢滞留工况时，曳引能力应满足以下公式：

式中：

T1——曳引轮轿厢侧拉力；

T2——曳引轮对重侧拉力；

e——自然对数底；

f——当量摩擦系数；

α——钢丝绳在绳轮上的包角。

2.1轿厢装载工况

以低速电梯为例，轿厢装载工况，即电梯装载125%额定载荷，轿厢在最底层，如图2所示。

图2　轿厢装载工况

由于轿厢在最底层，随行电缆对曳引轮轿厢侧的拉力影响较小，可忽略不计；对重在最顶层，对重侧的钢丝绳较短，经查资料可知，直径为13mm的钢丝绳重量为57kg/100m～65kg/100m，所以对重侧的钢丝绳重量可忽略不计；滑动摩擦力与动摩擦系数和正压力有关，尼龙与导轨的动摩擦系数为0.05，并且导轨上有油润滑，实际的动摩擦系数更小，安装质量较好的电梯，水平方向的正压力很小，故井道内的摩擦可忽略不计。

计算公式如下：

式中：

P——空载轿厢及反绳轮的质量和，kg；

Q——额定载重量，kg；

MSRcar——轿厢侧悬挂钢丝绳的实际质量，kg；

r——钢丝绳倍率；

Mcwt——对重包括反绳轮的质量，kg。

式中：

ns——钢丝绳数量；

qs——钢丝绳单位长度的重量，kg/m；

H——提升高度，m。

将式（4）带入式（3)，取式（3）临界值情况，求出应装平衡补偿装置的临界高度，即：

推出，

2.2紧急制动工况

●2.2.1空轿厢在顶层上行工况计算

在该工况下，如图3所示，轿厢侧的钢丝绳长度较短，对曳引轮轿厢侧的拉力较小，所以轿厢侧的钢丝绳质量可忽略不计；由于摩擦系数和水平正压力较小，井道内的摩擦力可忽略不计。

图3　空载轿厢在顶层上行紧急制动工况

计算公式如下：

式中：

MTrav——随行电缆的实际质量；

g——重力加速度；

a——制动减速度；

mPcar——轿厢侧反绳轮惯量的折算质量；

MSRcwt——对重侧悬挂钢丝绳的实际质量，kg；

mPcwt——对重侧反绳轮惯量的折算质量。

MSRcwt=ns×qs×H （8）

将式（8）带入式（7)，取式（7）临界值情况，求出应装平衡补偿装置的临界高度，即：

推出，

式中：

JP——反绳轮的转动惯量；

DP——反绳轮的直径；

vPcar——轿厢侧反绳轮的线速度；

v——轿厢的线速度。

式中：

vPcwt——对重侧反绳轮的线速度。

●2.2.2轿厢装载125%额定载荷在最底层下行工况

在该工况下，如图4所示，由于轿厢在最底层，随行电缆对曳引轮轿厢侧的拉力影响较小，可忽略不计；对重侧的钢丝绳长度较短，对曳引轮对重侧的拉力较小，所以对重侧的钢丝绳质量可忽略不计；由于摩擦系数和水平正压力较小，井道内的摩擦力可忽略不计。

图4　125%额定载荷轿厢在最底层下行紧急制动工况

计算公式如下：

将式（4）带入式（13），取式（13）临界值情况，求出应装平衡补偿装置的临界高度，即：

推出，

2.3滞留工况

滞留工况，如图5所示，即轿厢空载，对重压实缓冲器，曳引机向上方向旋转，此时减速度a=0。在该工况下，轿厢侧的钢丝绳长度较短，对曳引轮轿厢侧的拉力较小，所以轿厢侧的钢丝绳质量可忽略不计；由于摩擦系数和水平正压力较小，井道内的摩擦力可忽略不计。

图5　滞留工况

计算公式如下：

取式（16）临界值情况，求出应装平衡补偿装置的临界高度，即：

推出，

根据曳引条件分析，推出必须安装平衡补偿装置的最不利情况，即式（6）、式（10）、式（15）、式（18）中的最小值为必须安装平衡补偿装置的高度。

3　电梯平衡补偿装置设置对节能的影响

在电梯运行过程中，由于补偿装置平衡了曳引轮两边悬挂钢丝绳的重量差，减少了曳引机两侧的不平衡力矩，降低了电能损耗，因此补偿装置的设置对电梯的节能有一定影响。

4　电梯平衡补偿装置设置对乘坐舒适感的影响

电梯平衡补偿装置设置的主要目的是减小电梯运行过程中的不平衡力矩，改善运行性能。当钢丝绳重量超过一定数值后，空轿厢在轿顶或满载在轿底时，有可能主机运行的启动转矩不足，影响加速度、减速度及曲线拐角时间，使得S曲线的起制动过渡时间不合适，振动加减速度会超标，降低乘坐舒适感。高速电梯设置补偿装置的目的不仅是平衡不平衡力矩，而且还增加轿厢的约束力，提高运行的平稳性。

5　电梯平衡补偿装置的结构及优缺点

目前，电梯厂家常用的平衡补偿装置形式有如下几种：

穿麻绳的补偿链。这种补偿链在铁链中穿入麻绳，其优点是成本低，缺点是铁环与铁环之间不可能完全避免摩擦，噪声比较大，人在轿厢内有明显抖动感，只适用于提速小于1.75m/s的电梯。

PVC包裹的补偿链。这种补偿链在铁链的外部包裹一层PVC管，其优点是成本相对不高，比穿麻绳的补偿链引起的噪声大大减小，缺点是在使用一段时间后，PVC管老化、脱落，耐用性差。

补偿绳。这种补偿装置采用的是较粗的钢丝绳，下端须有张紧装置，其优点是适用于高速电梯，补偿效果好，电梯运行平稳，缺点是成本较高。

6　结论

平衡补偿装置是电梯运行性能的重要影响因素之一，目前，相关的电梯标准对电梯平衡补偿装置的设置没有明确要求，特别是低速电梯，检验人员在现场检验时，对平衡补偿装置是否设置、以及设置合理性没有明确的判断依据。因此，建议尽快完善检规及相关标准，增加平衡补偿装置设置的具体规范及要求，为检验人员判断提供一个理论依据。本文从曳引能力、节能及乘坐舒适感等方面进行分析，确定影响平衡补偿装置设置的因素，为检验人员在现场判断提供一个参考。

[1] 梁卓成. 浅谈电梯轿厢振动的原因及处理措施[J].中国新技术新产品，2012，(23)：113.

[2] 张伦文. 曳引式电梯补偿链长度的检验[J]. 中国特种设备安全，2013，29(10)：26-28.

[3] 陶景. 影响电梯舒适感的因素[J]. 中国特种设备安全，2009，25(6)：13-15.

Analysis of Influencing Factors for Installation of Elevator Compensating Chain Device

Xiao Changqing Wang Xuan
(Tianjin Special Equipment Inspection Institute Tianjin 300192)

With the development of society, more and more high-rise buildings appeared, the elevator has become an essential and efficient transportation. For the installation of low speed elevator compensating chain device, there is no rules to follow. So it is hard for inspector to judge the rationality. The compensating chain device is not only for safe operation of the elevator, but also affects the energy conservation and comfort. This paper analyzes the tractive force and energy consumption and comfort of elevator for the installation of compensating chain, and confirmed the influencing factors for inspector reference.

Elevator Compensating chain device Tractive force Energy conservation Comfort

X941

B

1673-257X(2016)01-0032-05

10．3969/j．issn．1673-257X．2016．01．008

肖长青(1966～)，男，本科，工程师，主要从事电梯检测工作，研究方向为电梯智能检测技术。

（2015-06-16）